[논문]식물에서의 상동재조합을 이용한 효율적인 진타겟팅 시스템

권용익; 이효연

doi:10.5010/jpb.2015.42.3.154

[국내논문] 식물에서의 상동재조합을 이용한 효율적인 진타겟팅 시스템
An efficient gene targeting system using homologous recombination in plants 원문보기

Journal of plant biotechnology = 식물생명공학회지, v.42 no.3, 2015년, pp.154 - 160

권용익 (제주대학교 아열대원예산업연구소) , 이효연 (제주대학교 아열대원예산업연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

The plant breeding technology was developed with genetic engineering. Many researchers and breeders have turned from traditional breeding to molecular breeding. Genetically modified organisms (GMO) were developed via molecular breeding technology. Currently, molecular breeding technologies facilitate efficient plant breeding without introducing foreign genes, in virtue by of gene editing technology. Gene targeting (GT) via homologous recombination (HR) is one of the best gene editing methods available to modify specific DNA sequences in genomes. GT utilizes DNA repair pathways. Thus, DNA repair systems are controlled to enhance HR processing. Engineered sequence specific endonucleases were applied to improve GT efficiency. Engineered sequence specific endonucleases like the zinc finger nuclease (ZFN), TAL effector nuclease (TALEN), and CRISPR-Cas9 create DNA double-strand breaks (DSB) that can stimulate HR at a target site. RecQl4, Exo1 and Rad51 are effectors that enhance DSB repair via the HR pathway. This review focuses on recent developments in engineered sequence specific endonucleases and ways to improve the efficiency of GT via HR effectors in plants.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

유전자 가위는 목표유전자를 절단 하여 비상동말단재조합(Non-Homologous End Joining: NHEJ) 과정을 이용해 삽입-결실(indel)을 만들거나 HR 과정을 통해 GT가 이루어지도록 유도하기 때문에 유전자편집기술에 있어서 매우 유용한 도구이다. 본 리뷰에서는 최근 주목을 받고 있는 유전자가위와 함께 GT을 이용하여 목표 유전자를 직접 다룰 수 있는 유전자편집 기술에 관한 동향을 살펴보고자 한다.
2012). HR에는 다양한 유전자들이 관여하며(Schuermann et al. 2005), 그 중 실제로 HR 효율을 높이기 위해 시도된 몇가지 사례를 소개한다. 상동DNA 찾기에 관여하는 Rad51C가 애기장대에서 기능을 상실하면 HR이 약 4배 감소하여 HR에 중요한 요소라고 보고되었으며(Abe et al.

가설 설정

a)HR mediated GT. ^b)NHEJ mediated indel formation

제안 방법

GT의 효율을 높이는 방법으로 인위적으로 DNA 손상을 유도하고 HR의 빈도를 높이는 전략이 시도되었다. 인위적으로 DNA 손상을 유도하는 전략은 앞서 서술한 유전자 가위를 이용한 것이다.

이론/모형

그러나Cre/loxP system은 positive marker가 제거된 자리에 불필요한 염기서열이 남는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 곤충에 이용되고 있는 piggyBac transposon이 적용되었다. PiggyBac transposon은 TTAA 서열에 삽입되고 제거되는 과정에 불필요한 염기서열을 남기지 않는다(Cary et al.

성능/효과

2015). 이 결과들은 CRISPR-Cas9가 식물의 유전자편집에 있어서 매우 가치 있는 도구로 이용될 수 있음을 시사한다.

후속연구

PiggyBac transposon은 불필요한 염기서열을 남기지 않는 장점이 있지만 목표유전자부분에 적절한 TTAA 서열이 존재하지 않으면 적용하기 어려운 단점이 있다. 따라서 positive-negative selection system을 이용한 GT 이후에 positive marker를 제거하기 위해서는 앞서 서술한 위치특이적 재조합, piggyBac transposon 그리고 HR 등의 방법을 상황에 맞게 적용해야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유전자의 변형에는 어떤 방법들이 이용되고 있는가?	각종 유전자의 기능분석 및 신품종 개발을 위해 유전자변형 기술을 활용한 연구개발이 진행되어 왔다. 유전자의 변형에는 화학적 돌연변이 처리, 방사선 조사, transfer DNA (T-DNA)의 삽입 등 다양한 방법이 이용되고 있다 (Kaul and Bhan 1977; Alonso et al. 2003; An et al.
	식물에서의 진타겟팅은 어떤 문제점이 있었는가?	2007; Puchta and Fauser 2013; Voytas 2013; Endo and Toki 2014). 하지만 식물에서는 HR을 이용한GT가 이루어지는 빈도가 동물에 비해 매우 낮기 때문에 보편적으로 이용되기가 어려웠다(Lee et al. 1990; Terada et al.
	Forward genetics의 대안으로 대두된 것은?	그러나 변이된 식물로부터 유전자의 변이를 찾는 forward genetics는 모래밭에서 바늘 찾기와 같이 많은 노력과 시간이 필요하다. Forward genetics의 대안으로 유전자 분석을 먼저 시도하여 표현형을 밝히는 reverse genetics이 대두되었다. 대표 기술로는 특정 유전자의 발현을 억제하여 목표유전자의 변이를 유발하는 RNA interference (RNAi)가 있다(Schwab et al.

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